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(11) | EP 0 369 102 A2 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | Modulationsverfahren und Anordnung zum Durchführen des Verfahrens |
| (57) Die Erfindung betrifft ein Modulationsverfahren, bei welchem zunächst gegeneinander
phasenversetzte Trägersignale fT erzeugt und anschließend getrennt voneinander mit einem Modulationssignal fi gemischt werden. Die Mischprodukte werden zur Gewinnung des modulierten Trägersignals
addiert. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden drei gegeneinander phasenverschobene
Trägersignale erzeugt, wobei das erste Trägersignal um -45° und das dritte Trägersignal
um +45° gegenüber dem zweiten Trägersignal phasenverschoben sind. Das modulierte Trägersignal
enthält erst die 6. Oberwelle (7fT ± f1), wodurch die Anforderungen an den nachzuschaltenden Tiefpaßfilter außerordentlich
gering sind. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Erzeugung von MPX-Signalen
für den Stereorundfunk. |
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Modulationsverfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 36 31 818 A1 bekannt.
[0002] In der DE 36 31 818 A1 wird ein Coder beschrieben, der zur Anwendung des bekannten Modulationsverfahrens geeignet ist. Bei diesem Coder wird das modulierende Signal der Frequenz f1 dem Eingang des Coders zugeführt und gelangt von dort an die Eingänge zweier Mischer. Eine Trägerfrequenz fT wird in einem HF-Generator erzeugt und dem ersten Mischer direkt und dem zweiten Mischer über einen Phasenschieber um 60 phasen verschoben zugeführt. Die Ausgangssignale der beiden Mischer werden in einem Addierer vereinigt. Am Ausgang des Addierers kann die mit der Frequenz f, modulierte Trägerfrequenz fT abgenommen werden. Ein nachgeschalteter Tiefpaß dient zur Unterdrückung unerwünschter Oberwellen.
[0003] Infolge der Anwendung zweier um 60 versetzter Trägerfrequenzen für die beiden Mischer und der Addition der Ausgangssignale der Mischer kompensieren sich die ersten bis dritten Oberwellen. Die Kompensation der Oberwellen bei dem bekannten Verfahrn kann wie folgt erklärt werden:
Für die Mischprodukte am Ausgang eines Mischers gilt:
fM = (fT± f1) + (2·fT ± f1) + (3·fT ± f1) + (4·fT ± f1) + (5·fT ± fi + ... (n·fT ± f1)
mit n = ganze Zahl > 1
[0004] Bei Symmetrie der Trägerfrequenz fT (positive und negative Halbwellen haben den gleichen zeitlichen Verlauf) heben sich alle Mischprodukte mit geradzahligem n auf. Da dem zweiten Mischer eine um 60° phasenverschobene Trägerfrequenz zugeführt wird, liegen am Eingang des Addiergliedes mit n = 3 die sich bei der Addition auslöschenden Mischfrequenzen + (3·fT ± f1) und -(3·fT ± fi).
[0005] Besonders einfach im Aufbau wird der Coder bei der Verwendung des sogenannten Schalterverfahrens, das insbesondere bei der Aufbereitung eines Stereosignals beim Rundfunk ange wendet wird. Bei diesem wird die modulierende Frequenz fi im Takt der als Rechtecksignal gewählten Trägerfrequenz fT durch elektronische Schalter getaktet. Das Tastverhältnis der Trägerfrequenz soll wegen der Symmetrie möglichst genau 2 : 1 sein, damit sich im Mischprodukt Glieder mit ganzzahligem n kompensieren.
[0006] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Modulationsverfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem nicht nur die ersten bis dritten Oberwellen (und alle weiteren Oberwellen mit geradzahligem n) des modulierten Trägersignals kompensiert werden, sondern auch die vierte Oberwelle mit n = 5.
[0007] Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die übrigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine vorteilhafte Anordnung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
[0008] Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
FIG. 1 Zeitdiagramme von drei erfindungsgemäß gegeneinander phasenversetzten Trägersignalen;
FIG. 2 ein Blockschaltbild einer vorteilhaften Ausführungsform einer bevorzugten erfindungsgemäßen Anordnung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Modulationsverfahrens;
FIG. 3 ein Schaltbild einer vorteilhaften Ausführungsform einer bevorzugten erfindungsgemäßen Anordnung gemäß FIG. 2 zur Erzeugung eines MPX-Signals für den Stereorundfunk,
FIG. 4 ein Schaltbild einer vorteilhaften Ausführungsform der Trägersignalerzeugung für die erfindungsgemäße Anordnung gemäß FIG. 3;
FIG. 5 Zeitdiagramme von Signalfolgen an den Ein- und Ausgängen einzelner Baugruppen des Schaltbildes gemäß FIG. 4.
[0009] Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird das Modulationssignal in drei Mischern im Takt eines Trägersignals zum Ausgang des Modulators durchgeschaltet. Die Trägersignale für die einzelnen Mischer sind dabei gegeneinander phasenverschoben. Die Phasenverschiebung ist starr. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Mischung unter Verwendung des Schalter-Verfahrens durchgeführt, bei dem die Trägersignale als rechteckförmige Schaltspannungen den einzelnen Mischern zugeführt werden, die ihrerseits in der einfachsten Form jeweils als elektronischer Schalter realisiert sind, welcher durch das zugehörige Trägersignal ein- und ausgeschaltet wird und dadurch das Modulationssignal im Takt des Trägersignals zum Ausgang des Modulators durchschaltet.
[0010] Definiert man, wie in FIG. 1 und 2 gezeigt, die Phasenlage der Schaltspannung 52 des Mischers M12 mit 0°, so beträgt die Phasenverschiebung der Schaltspannung S1 des Mischers MI1 relativ zur Schaltspannung S2 -45° und die der Schaltspannung S3 des Mischers MI3 +45°. Die so entstehenden durchgeschalteten Mischsignale M1 bis M3 werden in einem Additionsglied SUM addiert, wobei die Mischsignale M1 bzw. M3 des Mischers M11 bzw. M13 zuvor jeweils mittels eines Widerstandes R1 bzw. R3 mit dem Faktor
gewichtet werden. Am Ausgang des Additionsgliedes SUM erscheint das mit dem Modulationssignal L modulierte Trägersignal M , wobei, wie weiter unten näher erläutert wird, das Modulationssignal L zusätzlich über einen den Mischern MI1 bis Ml3 parallel geschalteten Widerstand R3 dem Additionsglied SUM zugeführt ist.
[0011] Eine Fourier-Zerlegung der einzelnen Schaltspannungen S1 bis S3 der Mischer Ml1 bis MI3 in FIG. 1 ergibt, daß jeweils nur die ungeradzahligen Harmonischen der Trägergrundfrequenz vorhanden sind.
wobei ω = 2πfT mit fT = Trägerfrequenz ist.
[0012] Die Ausgangssignale M1 bis M3 der einzelnen Mischer MI1 bis Ml3 werden gebildet durch: MX = L · SX (2) mit X = 1, 2, 3 woraus folgt:
[0014] Mit Hilfe der Additionstheoreme kann gezeigt werden, daß gilt: M = L·(1 + 2) +
L (2sinωt + sin7ωt +
sin9ωt +
sin15ωt +
sin17ωt +
sin23ωt + ...) (5) woraus folgt:
[0015] Wie Gleichung (6) zeigt, unterscheidet sich das geträgerte Signal somit um den Faktor
Bei diesem Verfahren ist daher ein Angleich der Amplituden erforderlich. Dieser wird durch das Parallelschalten des Widerstandes R2 zu den Mischern M11 bis M13 erreicht, woraus folgt:
M" = L + L (sinωt +
sin7ωt +
sin9ωt + ...) (7)
[0016] Ein auf diese Weise erzeugtes moduliertes Trägersignal enthält somit bis zur 6. Harmonischen (n = 7) keine Oberwellen. Dieses ist beispielsweise für die Erzeugung eines MPX-Signals sehr günstig, da an einen Tiefpaß zum Wegschneiden der noch vorhandenen Oberwellen keine so hohen Ansprüche gestellt werden müssen wie bei dem bekannten Verfahren, das nur bis zur 4. Harmonischen (n = 5) keine Oberwellen enthält. Dadurch kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine höhere Übersprechdämpfung bei hohen NF-Frequenzen erreicht werden.
[0017] FIG. 3 beschreibt eine Modulatorschaltung auf der Basis der erfindungsgemäßen Modulatorschaltung gemäß FIG. 2 für die Erzeugung eines MPX-Signals für den Stereorundfunk.
[0018] Die Bauteile RV1 bis RV9 und C3 bilden eine Vorspannung V für die über C1 und C2 eingekoppelten Modulationssignale L (linker Kanal) und R (rechter Kanal). Mit RV9 kann die Hilfsträgerunterdrückung abgeglichen werden. Über R1, R3 und RS1 bis RS3 geschieht die Addition der drei einzelnen Mischerausgangssignale. Mit R1 und R3 wird jeweils der Faktor
abgeglichen. R2L und R2R dienen für die beschriebene Amplitudenangleichung. Die Mischer sind mit M11 bis Ml3 bezeichnet und setzen sich jeweils aus zwei Teilmischern MIL1, MIR1; MIL2, MIR2; MIL3, MIR3 zusammen. Als einzelne Teilmischer können jeweils Analogschalter (z.B. CD 4066) verwendet werden. Die beiden Schalter MIL1, MIR1 bzw. MIL2, MIR2 bzw. MIL3, MIR3 eines Mischers M11 bzw. M12 bzw. MI3 werden jeweils im Gegentakt geschaltet (z.B. Q-und Q-Ausgänge eines Flip-Flops), wodurch abwechselnd das linke und rechte Modulationssignal L bzw. R zum Ausgang A des Modulators durchgeschaltet wird.
[0019] Die phasenversetzten Trägersignale werden in einer Trägersignalerzeugung TES gebildet, und zwar in zwei Gruppen: die erste Gruppe umfaßt die drei Trägersignale mit Phasenverschiebungen -45°, 0° und +45°, die zweite Gruppe die zur ersten Gruppe im Gegentakt arbeitenden Trägersignale mit Phasenverschiebungen von 180° - 45°, 180° und 180° + 45°.
[0020] FIG. 4 zeigt, wie die phasenverschobenen Trägersignale als Rechtecksignale erzeugt werden können. Die Schaltung TES synchronisiert sich selbst und benötigt keinen besonderen Startimpuls oder eine besondere Ausgangslage.
[0021] An den Eingang CL eines Dezimaldecoders DEC (z.B. CD 4017), der durch Verbinden seiner Anschlüsse 9 und 15 (Verbindung des Decoderausganges "8" mit dem RESET-Eingang MR) auf eine 8er-Periode umgeschaltet ist, wird eine Taktfrequenz fT angelegt, die 16 mal höher ist als die erforderliche Schaltfrequenz fT, also die Frequenz der Trägersignale S1 bis S3 bzw. S1' bis S3'. Die Synchronisation geht von einem 1:2-Frequenzteiler FT (z.B. CD 4520) aus. Der Ausgang AT des Tellers FT ist hierzu mit dem Dateneingang D2 des Flip-Flops FF2 verbunden. Unabhängig von seinem Ruhezustand übernimmt er die ankommenden Daten des Tellers FT. Die Flip-Flops FF1 und FF3, die wie das Flip-Flop FF2 mit ihren Takteingängen C1 bis C3 mit den Ausgängen 1, 3 bzw. 5 des Dezimaldecoders DEC verbunden sind, übernehmen ebenfalls unabhängig von ihrem Ruhezustand die Ausgangsdaten vom Flip-Flop FF2, so daß die Phasenverschiebungen immer gleich sind (siehe FIG. 5). Die SET- und RESET-Eingänge der drei Flip-Flops FF1 bis FF3 liegen dabei an Masse. Die Zeitverschiebung der phasenvershobenen Takte beträgt zwei Periodendauern von beispielsweise f T = 608 kHz. Diese Zeitverschiebung bedeutet jeweils eine Phasenverschiebung von +45 oder -45°, bezogen auf die entsprechende Frequenz fT = 38 kHz des Trägersignals.
[0022] Es versteht sich, daß die Erfindung mit fachmännischem Können und Wissen aus- und weitergebildet bzw. an die verschiedenen Anwendungen angepaßt werden kann, ohne daß dies hier an dieser Stelle näher erläutert werden müßte.
[0023] So sind beispielsweise auch andere Schaltungen denkbar, mit denen auf der Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens ein MPX-Signal für den Stereorundfunk erzeugt werden kann.
[0024] Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das modulierte Trägersignal erst die sechste Oberwelle (7fT ± f1) enthält und somit die Anforderungen an ein dem Modulator nachgeschaltetes Tiefpaßfilter zur Ausfilterung der Oberwellen außerordentlich gering sind, so daß beispielsweise ein preisgünstiger LC-Tiefpaßfilter genügt.
gewichtet werden und daß die Seitenbänder des modulierten Trägersignals (M ) jeweils mit einem zweiten Faktor
(1 +√2) gewichtet werden.
- daß zur Mischung der phasenversetzten Trägersignale (S1 bis S3) mit dem Modulationssignal (L) jeweils ein Mischer (M11 bis M13) und zur Addition der Mischsignale (M1 bis M3) ein Additionsglied (SUM) vorgesehen ist;
- daß der mit dem ersten Trägersignal (S1) gespeiste erste Mischer (MI1) und der mit
dem dritten Trägersignal (S3) gespeiste dritte Mischer (M13) jeweils über einen die
ersten und dritten Mischsignale (M1; M3) mit dem ersten Faktor
wichtenden Widerstand (R1; R3) und der mit dem zweiten Trägersignal (S2) gespeiste
zweite Mischer (MI2) direkt mit dem Additionsglied (SUM) verbunden ist;
- daß das Modulationssignal (L) über einen den Mischern (M11 bis M13) parallel geschalteten
und die Seitenbänder des modulierten Trägersignals (M") jeweils mit dem zweiten Faktor
(1 + √2) wichtenden dritten Widerstand (R2) dem Additionsglied (SUM) zugeführt ist.
- daß die drei Mischer (M11 bis M13) jeweils in einen ersten und einen zweiten Teilmischer (MIL1, MIR1; MIL2, MIR2; MIL3, MIR3) aufgespalten sind;
- daß die ersten Teilmischer (MIL1 bis MIL3) das erste Modulationssignal (L) mit einer ersten Gruppe von um -45°, 0° und +45° gegeneinander phasenversetzten Trägersignalen (S1 bis S3) mischen und die zweiten Teilmischer (MIR1 bis MIR3) das zweite Modulationssignal (R) mit einer im Gegentakt zur ersten Gruppe von Trägersignalen (S1 bis S3) arbeitenden zweiten Gruppe von um 180°-45°, 180° und 180° + 45 gegeneinander phasenversetzten Trägersignalen (S1' bis S3') mischen.
- ein Dezimaldecoder (DEC) mit seinem Ausgang 1 mit dem Takteingang CL eines ersten Flip-Flops (FF1), mit seinem Ausgang 3 mit dem Takteingang C2 eines zweiten Flip-Flops (FF2), mit seinem Ausgang 4 über einen 1:2-Frequenzteiler (FT) mit dem Dateneingang D2 des zweiten Flip-Flops (FF2) und mit seinem Ausgang 5 mit dem Takteingang C3 eines dritten Flip-Flops (FF3) verbunden ist;
- das zweite Flip-Flop (FF2) mit seinem Ausgang Q2 mit dem Dateneingang D1 des ersten Flip-Flops (FF1) und mit seinem Ausgang Q2 mit dem Dateneingang D3 des dritten Flip-Flops (FF3) verbunden ist;
- beim Dezimaldecoder (DEC) der Ausgang 8 mit dem RESET-Eingang MR direkt verbunden ist und bei den drei Flip-Flops (FF1 bis FF3) die SET- und RESET-Eingänge an Masse angeschlossen sind;
- daß am Takteingang CL des Dezimaldecoders (DEC) ein Taktsignal f T mit der n-fachen Frequenz der an den Ausgängen Q1, Q2 , Q3 bzw. Q1, Q2, Q3 der drei Flip-Flops (FF1 bis FF3) abgegebenen und um
-45°, 0° und +45° bzw. 180°+45°, 180° und 180 ° -45° gegeneinander phasenversetzten Trägersignalen (S1 bis S3; S3' bis S1') anliegt.